Thiết kế và chế tạo hệ thống cấp và phân loại sản phẩm theo màu sắc

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................


MỤC LỤC
Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện, đến nay chúng em đã hoàn thành đồ án
tốt nghiệp với đề tài: “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẤP VÀ PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC” do giảng viên - Th.s. Đào Minh Tuấn hướng dẫn đã
được hoàn thiện. Trong suốt thời gian nghiên cứu và thi công đề tài, chúng em đã gặp
không ít vướng mắc nhất định và đã nhận được nhiều sự giúp đỡ nhiệt thành và quý
báu.....................................................................................................................................5
I.1. Lý do chọn đề tài...................................................................................................6
I.5. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................8
I.6. Ý nghĩa nghiên cứu ..............................................................................................8
CHƯƠNG 1..................................................................................................................8
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM......................................8
1.2.1 Trạm phân phối sản phẩm...........................................................................11
1.2.2 Trạm tay gắp...............................................................................................11
1.2.3 Yêu cầu công nghệ của hệ thống cấp nguyên liệu......................................12
1.3.2 Yêu cầu công nghệ của hệ thống cấp nguyên liệu......................................15
2.1. Tổng quan về PLC ..............................................................................................16
2.1.1. Lịch sử phát triển của PLC........................................................................16
2.1.3. Ưu nhược điểm của PLC...........................................................................17
2.2. Cấu hình phần cứng PLC S7-300.......................................................................18
2.2.1. Module nguồn PS 307 của S7-300.............................................................19

2.2.2. Khối xử lý trung tâm -Module CPU...........................................................19
2.3. Cấu trúc chương trình PLC S7 - 300..................................................................21
2.3.1. Vòng quét chương trình của S7 300...........................................................21
2.3.2. Cấu trúc chương trình của S7 300.............................................................22
2.3.3. Các khối chức năng....................................................................................23
1. Khối tổ chức (Organization Block - OB)..........................................................23
2.4. Cấu trúc bộ nhớ...................................................................................................24
2.5. Ngôn ngữ lập trình PLC S7 - 300.......................................................................25
2.5.1. Phương pháp STL (Statement List).............................................................26
2.5.3 Phương pháp LAD (Ladder diagram).........................................................27
2.5.4 Ngôn ngữ S7-GRAPH..................................................................................27
2.6 Các hàm cơ bản..................................................................................................27
2.6.1 Các hàm lôgic tiếp điểm..............................................................................27
2.6.2 Các hàm so sánh.........................................................................................31


2.6.3 Bộ thời gian.................................................................................................32
2.6.4. Bộ đếm COUNTER.....................................................................................36
3.1.1. Phân tích yêu cầu công nghệ hệ thống.............................................................39
3.1.2 Sơ đồ thuật toán và chương trình điều khiển....................................................39
3.2. Thiết kế mô hình hệ thống cấp và phân loại sản phẩm......................................50


LỜI CẢM ƠN
Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện, đến nay chúng em đã hoàn thành đồ
án tốt nghiệp với đề tài: “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẤP VÀ PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC” do giảng viên - Th.s. Đào Minh Tuấn hướng dẫn đã
được hoàn thiện. Trong suốt thời gian nghiên cứu và thi công đề tài, chúng em đã gặp
không ít vướng mắc nhất định và đã nhận được nhiều sự giúp đỡ nhiệt thành và quý
báu.

Để hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp đầu tiên cho phép chúng em xin được bày tỏ
lòng biết ơn đến các thầy cô trong Khoa Điện – Điện Tử - Trường ĐH SPKT Hưng
Yên đã truyền thụ những kiến thức quý báu và bổ ích trong thời gian học tập tại
trường, để giúp chúng em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp và nền tảng kiến thức
chuyên môn vững chắc sau khi tốt nghiệp.
Nhóm sinh viên thực hiện xin được trân trọng cảm ơn Th.s. Đào Minh Tuấn thầy
đã luôn tận tình giúp đỡ, chỉ bảo, cung cấp tài liệu và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho
nhóm trong suốt quá trình nghiên cứu tìm hiểu và xây dựng đồ án tốt nghiệp này.
Chúng em xin được trân trọng gửi lời cảm ơn tới cô giáo ThS. Vũ Thị Tựa, Cô là
giáo chủ nhiệm của chúng em trong suốt 2 năm học đại học, là người đã dìu dắt chúng
em từ những bước chân đầu tiên bước vào trường ĐH SPKT Hưng Yên
Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của những người bạn, người thân, chúng con xin
được cảm ơn bố mẹ, anh chị đã luôn động viên chúng con trong suốt thời gian học tập
cũng như xây dựng đồ án này.
Xin được gửi tới lời cảm ơn sâu sắc nhất!
Hưng Yên , Tháng 06 / 2013
Nhóm sinh viên thực hiện

- 5-


MỞ ĐẦU
I.1. Lý do chọn đề tài
Trong bối cảnh thế giới đang thay đổi mạnh, từ khi đất nước tiến hành đổi mới
chúng ta từng bước tiếp cận với những công nghệ hiện đại của thế giới trong nhiều
lĩnh vực, trong đó có điều khiển và tự động hóa. Nhưng do điều kiện phát triển của đất
nước còn chậm so với các nước tiên tiến nên việc đi tắt đón đầu những công nghệ mũi
nhọn là cần thiết nhằm tạo tiền đề để đất nước ta bắt kịp tốc độ phát triển của họ vào
những năm đầu thế kỷ này. Cũng trên tinh thần đó Đảng và nhà nước ta đã có chủ
trương khuyến khích phát triển tự động hoá và coi đây là một ngành mũi nhọn trong

công cuộc hiện đại hóa đất nước.
Tự động hóa quá trình sản xuất ngày càng có một vị trí quan trọng trong sản xuất
và đời sống. Đặc biệt do sự phát triển của kỹ thuật điện tử, tin học cùng với sự lớn
mạnh của điều khiển tự động đã tạo ra nhiều sản phẩm thiết bị hữu ích trong việc giải
quyết các vấn đề điều khiển. Nhưng lớn mạnh hơn cả và chỗ đứng vững chắc trong
công nghiệp phải kế đến các bộ điều khiển logic có thể lập trình được được gọi tắt là
PLC (Programmable logic controller). Với những thế mạnh như:
- Kích thước nhỏ gọn, giá thành hạ so với mạch điều khiển dùng rơle.
- Khả năng chống nhiễu tốt, độ tin cậy cao trong môi trường công nghiệp.
- Cấu trúc dạng modul cho phép dễ dàng sửa chữa và bảo trì, tăng khả năng sử
dụng thêm các khối modul mở rộng đầu vào ra cũng như các khối chuyên dụng.
- Sử dụng ngôn ngữ lập trình chuyên dùng nên lập trình nhanh và dễ dàng thay
đổi chương trình.
Hơn nữa với chức năng truyền thông kết hợp với phần mềm WINCC (Windows
control center) là phần mềm ứng dụng để điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu của
một hệ thống TĐH quá trình sản xuất.Việc sử dụng những bộ điều khiển lập trình
riêng không đáp ứng yêu cầu điều khiển của hệ thống SCADA, cần phải kết hợp thêm
các bộ hiển thị HMI (Human Machine Interface - Giao diện người và máy ).
Là những sinh viên theo học chuyên ngành Điện tự động hóa cùng những nhu
cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết của nền công nghiệp nước nhà chúng em muốn được
nghiên cứu và tìm hiểu những thành tựu khoa học mới để có nhiều cơ hội biết thêm về
kiến thức thực tế, củng cố kiến thức đã học, phục vụ tốt cho sự nghiệp công nghiệp
hóa hiện đại hóa.Vì vậy sau khi tham khảo và tìm hiểu về công nghệ Phân loại sản
phẩm theo màu trong hệ thống băng chuyền công nghiệp nhóm chúng em đã đề xuất ý
tưởng và dưới sự ủng hộ và hướng dẫn của Th.s Đào Minh Tuấn , nhóm chúng em đã

- 6-


được giao nghiên cứu và hoàn thành đề tài : “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG

CẤP VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC”
Bản thuyết minh của chúng em gồm những nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống cấp và phân loại sản phẩm
Chương 2: Tổng quan về bộ điều khiển PLC S7 – 300
Chương 3: Thiết kế và thi công mô hình hệ thống cấp và phân loại sản phẩm
Chương 4: Sơ đồ thuật toán và chương trình điều khiển
Chương 5: Kết luận và kiến nghị.
I.2 Đối tượng nghiên cứu của đề tài
Đối tượng mà đề tài hướng tới và cần hoàn thành bao gồm:
- Hệ thống cấp phôi: Gồm 2 trạm cấp phôi và trạm tay gắp. Đưa sản phẩm từ hộp
cấp nguồn lên trên băng tải
- Hệ thống phân loại sản phẩm: Hệ thống gồm 1 cảm biến màu để xác định chính
xác vật liệu là 1 trong 3 màu cụ thể. Sau đó 3 xi lanh có tác dụng phân loai sản phẩm
- Sử dụng thành thạo phần mềm Step 7 để lập trình điều khiển hệ thống bằng
PLC S7 – 300 CPU 313C
I.3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Sau khi nghiên cứu thì nhóm chúng em đã quyết định thực hiện ý tưởng thiết kế
mô hình hệ thống cấp và phân loại sản phẩm gồm có:
- Hệ thống cấp liệu gồm: Trạm cấp phôi và trạm tay gắp. Các trạm có nhiệm vụ
cấp nguyên liệu cho hệ thống băng tải
- Mô hình dây truyền phân loại sản phẩm có kết cấu cơ khí bằng nhôm, có ưu
điểm chịu lực, nhẹ, đạt yêu cầu về thẩm mỹ và dễ chế tạo.
- Băng tải chất liệu bằng polime có độ bền cao và có khả năng chịu lực phù hợp
với loại sản phẩm cần phân loại.
- Động cơ giảm tốc công suất dùng cho băng tải sử dụng nguồn 24VDC, 2 van xi
lanh phân loại sản phẩm có sử dụng cảm biến giới hạn hành trình .
- Có 3 máng chứa sản phẩm của từng loại.
- Hệ thống có khả năng tự dừng lại khi đủ số lượng sản phẩm quy định
I.4 Mục đích nghiên cứu của đề tài
Mục đích của việc xây dựng mô hình cấp và phân loại sản phẩm theo màu nhằm

ứng dụng rất nhiều ra ngoài thực tế như:
- Tự động hóa quá trình sản xuất trên dây chuyền. Cụ thể là: Thiết kế và chế tạo
thành công hệ thống cấp và phân loại sản phẩm theo 3 màu
- Giảm số nhân công lao động trên dây chuyền
- Tăng khả năng kiểm soát lỗi trên dây chuyền
- 7-


- Kiểm soát tốt năng lực sản xuất
- Giảm chi phí nhân công
I.5. Phương pháp nghiên cứu
Đồ án là sản phẩm áp dụng lý thuyết được học vào thực tế sản xuất. Chính vì vậy
chúng em đã áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, lập trình và mô phỏng bằng
phần mềm sau đó thiết kế mô hình thực tế, chạy thử và hiệu chỉnh dần trên chính thiết
bị thiết kế
I.6. Ý nghĩa nghiên cứu
Như đã nói ở trên thì nếu thực hiện thành công đề tài này sẽ mang lại ý nghĩa lớn
về cả thực tiễn và lý luận.
• Ý nghĩa lý luận:
Toàn bộ chương trình và bản thuyết minh của đề tài sẽ trở thành tài liệu nghiên
cứu, tham khảo nhanh, dễ hiểu, thiết thực cho các bạn sinh viên, những người thích
tìm hiểu về đề tài này của chúng em.
• Ý nghĩa thực tiễn:
Với sự thành công của đề tài sẽ góp phần giúp cho các bạn sinh viên mới nói
chung và các bạn sinh viên khoa Điện – Điện Tử nói riêng thấy rõ được ý nghĩa thực
tế và thêm yêu thích chuyên ngành mình đã chọn. Ngoài ra, khi đọc tài liệu này, các
bạn hoàn toàn có thể thực hiện việc thiết kế và làm các mô hình hệ thống phân loại sản
phẩm một cách đơn giản và hiệu quả.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

- 8-


1.1. Giới thiệu sơ lược về hệ thống phân loại sản phẩm
Việc ứng dụng tự động hóa là xu thế chung trong công nghiệp hiện nay, hòa
chung vào quá trình tự động hóa trong sản xuất, khâu phân loại sản phẩm trong các
dây chuyền công nghiệp là một ví dụ điển hình. Trước kia, việc phân loại chủ yếu là
dựa vào sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại nên các
công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc. Chưa kể đến có những
phân loại dựa trên các chi tiết kĩ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra. Điều
đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Ứng
dụng băng chuyền và các kỹ thuật để phân loại sản phẩm hoàn toàn tự động sẽ giảm
chi phí lao động, nâng cao năng suất và hiệu quả rất nhiều so với phân loại bằng thủ
công.
Bên cạnh việc phân loại sản phẩm dựa vào kích thước, hình dáng bao bì, .các sản
phẩmhiện nay còn đa dạng về số lượng màu sắc khác nhau nên việc phân loại sản
phẩm dựa vào màu sắc là thực sự cần thiết. Ví dụ: Trong các dây chuyền sản xuất
Gạch, đá granite hay trong chế biến nông sản (như Cà phê, Gạo ) người ta phân loại
thành các sản phẩm loại một, loại hai. Dựa vào màu sắc của chúng.
Để phân loại được sản phẩm theo màu sắc trên băng chuyền, ta có thể dùng cách
đơn giản là sử dụng cảm biến màu, hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến
màu của những hãng nổi tiếng khác nhau như: Omron (có E3X-DA, E3X-DAC,
E3MC,E3ZM-V,. ), Sick của Đức (có G-1481-9624,NT6-GC-22, CS1-P1111...), hay
Datasensor của Ý (có TL10, ).
Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc bao gồm: trạm phân phối, trạm tay
gắp, và trạm phân loại sản phẩm. Các trạm đều được thiết kế các thanh nhôm có rãnh
và dễ dàng kết nối với nhau để thành 1 hệ thống sản xuất tự động. Các trạm có cấu trúc
mở , có độ linh hoạt cao.

Các hệ thống cấp và và phân loại sản phẩm có phương thức hoạt động cơ bản
như sau :

- 9-


Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống cấp và phân loại sản phẩm
Hệ thống gồm 3 trạm:
+ Trạm phân phối
+ Trạm tay gắp
+ Trạm phân loại sản phẩm
1.2. Hệ thống cấp nguyên liệu
Trong thực tế hệ thống cấp nguyên liệu bao gồm:
- Trạm phân phối
- Trạm tay gắp

Hình 1.2 Hệ thống cấp nguyên liệu
- 10-


1.2.1 Trạm phân phối sản phẩm
Một trạm phân phối cơ bản sẽ có các thiết bị chính bao gồm:
1. Ống lưu trữ phôi liệu: Có nhiệm vụ cấp phôi nguồn cho hệ thống. Khoang
chứa là ống thủy tinh hữu cơ hình trụ, phần cuối của silo gắn 1 cảm biến sợi quang để
phát hiện phôi. Có nhiều hơn 1 phôi trong ống chứa thì trạm mới làm việc, đèn cảnh
báo sẽ nháy sáng khi số phôi ít hơn.
2. Có 2 cảm biến được sử dụng là: Cảm biến sợi quang kiểm tra phôi và cảm
biến tiệm cận xác định hành trình của xilanh
3. Xilanh tác động kép (loại điều khiển tốc độ bằng van tiết lưu)
4. Van điện từ 5/2 tác động đơn

Hình 1.3 Module phân phối và mạch khí nén
Các phôi sẽ được để vào vị trí trên trạm phân phối để bắt đầu quá trình. Pittong
số 1 có nhiệm vụ đẩy phôi về vị trí quy định. Khi phôi được vận chuyển sang băng
chuyền bằng hệ thống tay gắp thì Pittong hoạt động đưa phôi mới vào đúng vị trí. Chu
trình lặp đi lặp lại đến khi hết phôi hoặc ấn nút dừng hệ thống
1.2.2 Trạm tay gắp
Một trạm phân phối cơ bản sẽ có các thiết bị chính bao gồm:
1. Xi lanh quay. Sử dụng để vận chuyển phôi lên băng truyền phân phối sản
phẩm
2. Cảm biến tiệm cận. Sử dụng để xác định vị trí hành trình của xilanh quay.
3. Van chân không và cảm biến áp suất. Sử dụng để hút và giữ sản phẩm trong
suốt quá trình di chuyển từ trạm cấp phôi tới trạm phân loại
4. Bộ điều khiển tốc độ xi lanh (điều chỉnh tiết lưu)
5. Van điện từ 5/3

- 11-


Bộ phận tác động quay
Van hút chân không
Hình 1.4 Cấu trúc của hệ thống tay gắp sản phẩm

Hình 1.5 Mạch khí nén hệ thống tay gắp sản phẩm
1.2.3 Yêu cầu công nghệ của hệ thống cấp nguyên liệu
1. Điều kiện đầu tiên
- Có phôi trong ống cấp phôi ở module phân phối ( dùng cảm biến quang phát
hiện)
- Tất cảc các bộ dẫn truyền động ở trạng thái ban đầu
2. Điều kiện để hoạt động

Các bước thực hiện:
B1: Đặt lại xi lanh phân phối
B2: Vị trí của xi lanh quay ở phía ống phôi liệu(phía trái)
B3: Van chân không đóng
B4: Có phôi trong ống chứa phôi liệu
Chế độ làm việc của hệ thống:

- 12-


Module ổ chứa dạng ống xếp tách chi tiết phôi ra khỏi ổ chứa. Có thể đến 8 chi
tiết phôi được xếp trong ống. theo bất kỳ trật tự nào trông ổ chứa dạng ống. Chi tiết
phôi xếp vào với phía mở ở phía trên. Xylanh tác động kép đẩy chi tiết phôi ở vị trí
thấp nhất từ ổ chứa từ trong ra ngoài. Vị trí đáp ứng nhờ điểm vận chuyển cho module
tiếp theo.
Những chi tiết phôi sẵn sàng trong ống chứa được nhận biết bằng cảm biến
quanh điện chùm xuyên qua. Vị trí của xylanh được nhận biết bằng cảm biến điện
cảm. Tốc độ đi ra hay co lại của xylanh đẩy được hiệu chỉnh bằng van tiết lưu một
chiều.
Module vận chuyển là thiết bị vận hành bằng khí nén. Chi tiết phôi được kẹp lên
bằng giác hút chân không và được vận chuyển bằng xylanh quay. Góc chuyển động
lắc được hiểu chỉnh từ 00 và 1800 bởi cữ chặn cơ khí. Vị trí cuối được cảm nhận bằng
công tắc giới hạn điện Micro (micro switches).
Quy trình cụ thể như sau:
1. Xilanh quay quay tới vị trí phải
2. Cảm biến ống phôi liệu xác nhận vị trí ống phôi
3. Xilanh phân phối tác động đẩy phôi ra khỏi ống phôi liệu
4. Van chân không hoạt động
5. Xilanh quay quay trở lại vị trí ban đầu gắp phôi
6. Xilanh quay quay tới vị trí phải (trạm kiểm tra)

7. Ngắt van chân không (thả phôi)
8. Xilanh quay quay trở lại vị trí trái
9. Khởi động lại chu trình làm việc tương tự
1.3. Hệ thống phân loại sản phẩm
1.3.1. Các thiết bị chính trong trạm phân loại sản phẩm

Hình 1.6 Hệ thống phân loại sản phẩm theo 3 màu
Các thiết bị cơ bản của hệ thống phân loại sản phẩm trên thực tế gồm:

- 13-


1. Module truyền động băng tải
Băng tải chuyển động chuyển sản phẩm theo
chiều ngang. Truyền động bằng động cơ DC bánh
răng, điều khiển bằng rơle điều khiển. Ngoài ra
còn có: thiết bị điều chỉnh lực căng
2. Cảm biến để phân loại sản phẩm.
Cảm biến có thể phân biện được 3 màu:
Trắng, đen, đỏ

3. Vận hành tùy chỉnh thanh trượt sản phẩm
Thiết lập: Số 1 đặt để lưu trữ sản phẩm màu
trắng. Số 2 cho sản phẩm màu đỏ. Số 3 cho sản
phẩm màu đen
4. Hệ thống xilanh đổi hướng
Đưa sản phẩm vào các đường trượt lưu trữ
theo ý đồ của người dùng. Hoạt động chuyển
hướng từ module băng tải sử dụng xi lanh quay.
Các linh kiện chính:

+ Xi lanh tác động kép
+ Cảm biến tiệm cận
+ Van điện từ 5/2 tác động đơn
5. Hệ thống đường trượt
Lưu trữ sản phẩm mặc định theo ý đồ người
dung. Các linh kiện chính: Đường trượt, giá đỡ,
thanh trụ

- 14-


6. Cảm biến kiểm tra sản phẩm
Kiểm tra sản phẩm đi vào đường trượt lưu
trữ, nếu sản phẩm không đi vào đường trượt lưu
trữ, hệ thống không cho phép tiếp tục làm việc.
Các linh kiện chính: Cảm biến quang phản xạ, bộ
phản xạ quang, thanh trụ
1.3.2 Yêu cầu công nghệ của hệ thống cấp nguyên liệu
1. Điều kiện hoạt động
Hệ thống chỉ được phép hoạt động khi:
- Tất cả các thành phần được reset
- Không có sản phẩm trên băng tải
- Không có sản phẩm trong đường trượt lưu trữ
- Xi lanh đổi hướng ở vị trí thu lại .
2. Điều kiện ban đầu
- Xi lanh đệm ở vị trí thu vào
- Băng tải không hoạt động.
- Xi lanh đổi hướng ở vị trí thu vào
3. Làm việc
- Băng tải hoạt động

- Xi lanh đệm đẩy ra
- Theo ý đồ người điều khiển, sản phẩm được lưu trữ ở các đường trượt quy định
bởi xilanh đổi hướng.
- Sản phẩm trên đường trượt được đổi hướng khi chúng trên băng tải.

CHƯƠNG 2
- 15-


TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7 – 300
2.1. Tổng quan về PLC
2.1.1. Lịch sử phát triển của PLC
Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được sáng tạo ra
từ ý tưởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motors vào năm 1968
nhằm thay thế những mạch điều khiển bằng Rơle và thiết bị điều khiển rời rạc cồng
kềnh.
Đến giữa thập niên 70, công nghệ PLC nổi bật nhất là điều khiển tuần tự theo chu
kỳ và theo bit trên nền tảng của CPU. Thiết bị AMD 2901 và AMD 2903 trở nên ngày
càng phổ biến. Lúc này phần cứng cũng phát triển: bộ nhớ lớn hơn, số lượng ngõ
vào/ra nhiều hơn, nhiều loại module chuyên dụng hơn. Vào năm 1976, PLC có khả
năng điều khiển các ngõ vào/ra ở xa bằng kỹ thuật truyền thông, khoảng 200 mét.
Đến thập niên 80, bằng sự nỗ lực chuẩn hóa hệ giao tiếp với giao diện tự động
hóa, hãng General Motors cho ra đời loại PLC có kích thước giảm, có thể lập trình
bằng biểu tượng trên máy tính cá nhân thay vì thiết bị lập trình đầu cuối chuyên dụng
hay lập trình bằng tay.
Đến thập niên 90, những giao diện phần mềm mới có cấu trúc lệnh giảm và cấu
trúc của những giao diện được cung cấp từ thập niên 80 đã được đổi mới.
Cho đến nay những loại PLC có thể lập trình bằng ngôn ngữ cấu trúc lệnh (STL),
sơ đồ hình thang (LAD), sơ đồ khối (FBD).
Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC như: Siemens, Allen-Bradley, General

Motors, Omron, Mitsubishi, Festo, LG, GE Fanuc, Modicon…
LC của Siemens gồm có các họ: Simatic S5, Simatic S7, Simatic S500/505. Mỗi
họ PLC có nhiều phiên bản khác nhau, chẳng hạn như: Simatic S7 có S7-200, S7-300,
S7-400… Trong đó mỗi loại S7 có nhiều loại CPU khác nhau như S7-300 có CPU
312, CPU 314, CPU 316, CPU 315-2DP, CPU 614…
2.1.2. Vai trò của PLC
Trong hệ thống điều khiển tự động hóa PLC được xem như một trái tim, với
chương trình ứng dụng được lưu trong bộ nhớ của PLC. Nó điều khiển trạng thái của
hệ thống thông qua tín hiệu phản hồi ở đầu vào, dựa trên nền tảng của chương trình
logic để quyết định quá trình hoạt động và xuất tín hiệu đến các thiết bị đầu ra.
PLC có thể hoạt động độc lập hoặc có thể kết nối với nhau và với máy tính chủ
thông qua mạng truyền thông để điều khiển một quá trình phức tạp. Giảm bớt việc đấu
nối dây khi thiết kế hệ thống, giá trị logic của nhiệm vụ điều khiển được thực hiện
trong chương trình thay cho việc đấu nối dây.
- 16-


2.1.3. Ưu nhược điểm của PLC
1. So sánh PLC với các thiết bị điều khiển khác.
Hiện nay, các hệ thống điều khiển bằng PLC đang dần dần thay thế cho các hệ
thống điều khiển bằng relay, contactor thông thường. Ta hãy thử so sánh ưu nhược
điểm của hai hệ thống trên:
- Hệ thống điều khiển thông thường:
+ Thô kệch do có quá nhiều dây dẫn trên bảng điều khiển
+ Tốn khá nhiều thời gian cho việc thiết kế, lắp đặt
+ Công suất tiêu thụ lớn
+Tốc độ hoạt động chậm
+ Khó bảo quản và sửa chữa
+ Muốn thay đổi chương trình thì phải lắp đặt lại toàn bộ, tốn nhiều thời gian
- Hệ thống điều khiển bằng PLC:

+ Những dây kết nối trong hệ thống giảm được 80% nên nhỏ gọn hơn
+ Công suất tiêu thụ ít hơn
+ Sự thay đổi các ngõ vào, ra và điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhờ
phần mền điều khiển bằng máy tính hay trên console
+ Tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh hơn
+ Bảo trì hệ thống và sửa chữa dễ dàng. Chương trình tác dộng đến bên trong
bộ PLC có thể được người lập trình thay đổi dễ dàng bằng xem xét việc thực hiện và
giải quyết tại chỗ những vấn đề liên quan đến sản xuất, các trạng thái thực hiện có thể
nhận biết dễ dàng bằng công nghệ điều khiển chu trình trước đây. Như thế, người lập
trình chương trình thực hiện việc nối PLC với công nghệ điều khiển chu trình. Người
lập chương trình được trang bị các công cụ phần mềm để tìm ra lỗi cả phần cứng và
phần mềm, từ đó sửa chữa thay thế hay theo dõi được cả phần cứng và phần mềm dễ
dàng hơn.
+ Độ bền và tin cậy vận hành cao
+ Giá thành của hệ thống giảm khi số tiếp điểm tăng
+ Có thiết bị chống nhiễu
+ Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu. Phần mềm lập trình PLC dễ sử dụng. Phần mềm
được hiểu là không cần những người sử dụng chuyên nghiệp sử dụng hệ thống rơle
tiếp điểm và không tiếp điểm. Không như máy tính, PLC có mục đích thực hiện nhanh
các chức năng điều khiển, chứ không phải mang mục đích làm công cụ thực hiện chức
năng đó.
Ngôn ngữ dùng để lập trình PLC dễ hiểu mà không cần kiến thức chuyên môn về PLC.
Cả trong việc thực hiện sửa chữa cũng như việc duy trì hệ thống PLC tại nơi làm việc.
- 17-


+ Dễ lập trình và có thể lập trình trên máy tính, thích hợp cho việc thực hiện
các lệnh tuần tự của nó
+ Các modul dời cho phép thay thế hoặc thêm vào khi cần thiết
Do có những lý do trên PLC thể hiện rất rõ ưu điểm của nó so với các thiết bị điều

khiển thông thường khác. PLC còn có khả năng thêm vào hay thay đổi các lệnh tuỳ
theo yêu cầu của công nghệ. Khi đó ta chỉ cần thay đổi chương trình của nó, điều này
nói lên tính năng điều khiển khá linh động của PLC.
2. Một số nhược điểm của PLC
Do chưa có tiêu chuẩn hóa nên mỗi công ty sản xuất ra PLC đều đưa ra các ngôn
ngữ lập trình khác nhau, dẫn đến tính thiếu thống nhất toàn cục về hượp thức hóa.
Trong các mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá một bộ PLC đắt hơn việc sử dụng
bằng phương pháp rơle.
2.2. Cấu hình phần cứng PLC S7-300
Thiết bị điều khiển khả trình SIMATIC S7-300 được thiết kế theo kiểu module.
Các module này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Việc xây dựng PLC theo cấu
trúc module rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dể dàng cho việc
mở rộng hệ thống.

Hình 2.1 Cấu trúc của PLC S7 – 300
1. Bộ nguồn (PS).
2. Hốc chứa pin (CPU 313 trở lên).
3. Cổng nối nguồn 24V DC.
4. Công tắc chuyển chế độ hoạt động
5. Đèn trạng thái và báo lỗi

6. Thẻ nhớ (từ CPU 313 trở lên).
7. Cổng kết nối MPI.
8. Các chân kết nối trước.
9. Nắp đậy trước

- 18-


2.2.1. Module nguồn PS 307 của S7-300

Module PS407 có nhiệm vụ chuyển nguồn
xoay chiều 120/230V thành nguồn một chiều
24V để cung cấp cho các module khác của khối
PLC. Ngoài ra module nguồn còn có nhiệm vụ
cung cấp nguồn cho các sensor và các thiết bị
truyền động kết nối với PLC.
Hình 2.2 Module nguồn PS 407
2.2.2. Khối xử lý trung tâm -Module CPU
Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời
gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)…và có thể có một vài cổng vào ra số. Các
cổng vào ra số có trên CPU được gọi là cổng vào ra onboard.
Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau, được đặt tên theo bộ
vi xử lý có trong nó như module CPU 312, module CPU 314, module CPU 315…
1. Module mở rộng: có 5 loại chính
- PS (Power Supply): Module nguồn nuôi. Có 3 loại: 2A, 5A, 10A.
- SM (Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:
 DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số.
 DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng ra số.
 DI/DO: Module mở rộng các cổng vào/ra số.
 AI (Analog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự.
 AO (Analog Output): Module mở rộng các cổng ra tương tự.
 AI/AO: Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự.
- IM (Interface module): Module ghép nối. Đây là loại module chuyên dụng có
nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối và được
quản lý chung bởi một module CPU.
- CP (Communication Module): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các
PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.
2. Cấu tạo bên ngoài của CPU SIMATIC S7-300
1. Đèn báo trạng thái :
2. Card nhớ

3. Nút chọn kiểu làm
việc

- 19-

4. Đầu nối 24V
5. Cổng giao tiếp MPI
6. Ngăn để pin


Mode
RUN-P

RUN

STOP

MRES
(Memory
Reset)

Mô tả
CPU thực hiện quét chương trình.
Chương trình có thể được đọc từ CPU ra thiết bị lập trình và cũng có
thể nạp vào CPU
CPU thực hiện quét chương trình
Chương trình có thể được đọc từ CPU ra thiết bị lập trình nhưng
không thể thay đổi chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của CPU
CPU không thực hiện quét chương trình
Chương trình có thể được đọc từ CPU ra thiết bị lập trình và cũng có

thể nạp vào CPU
Mode thực hiện reset bộ nhớ của CPU
Đối với CPU 312 IFM và CPU 314 IFM khi chúng ta thực hiện reset
bộ nhớ của CPU thì các vùng nhớ tích hợp giữ nguyên không thay
đổi

3. Module xử lý vào/ra tín hiệu số của S7 300
SIMENS cung cấp 3 loại module xử lý vào/ra của tín hiệu số chính đó là:
 Input Digital Modules
Module có nhiệm vụ nhận các tín hiệu số từ thiết
bị ngoại vi vào vùng đệm để xử lý.
 Digital Output Modules:
Module có nhiệm vụ xuất các tín hiệu số từ vùng
đệm xử lý ra thiết bị ngoại vi.
 Digital input/output modules:
Module tích hợp nhiệm vụ của cả hai loại module Modul Input/Output
nói trên.
Ngoài những module xử lý vào tín hiệu số và những module xử lý ra tín hiệu số
chuyên biệt SIMENS còn đưa ra một số module tích hợp hai nhiệm vụ nói trên tạo
thành module xử lý vào/ra tín hiệu số (Digital input/output modules).
4. Các module tích hợp các ngắt chuẩn đoán và xử lý lỗi
Các module này có khả năng cài đặt các thông số để chuẩn đoán các lỗi. Để thiết
lập các thông số này được thực hiện bằng cách sử dụng STEP7. Người lập trình cũng
có thể thay đổi các thông số này trong chương trình bằng cách sử dụng các khối SFC
(System Function). Nếu sử dụng các module loại này mà không thiết lập các thông số
thì các thông số mặc định sẽ được thực thi.
5. Các module input/output Analog S7 300
SIMENS cung cấp 3 loại module input/output Analog chính đó là:
- 20-

 Input Analog modules: Module có nhiệm vụ chuyển
các tín hiệu tương tự từ các thiết bị ngoại vi thành các
tín hiệu số để tiến hành xử lý bên trong S7 300.
 Output Analog modules: Module có nhiệm vụ chuyển
đổi các tín hiệu số của S7 300 thành các tín hiệu tương
tự để phục vu các quá trình hoạt động thiết bị ngoại vi.
 Input/Outputs Analog module: Module tích hợp
nhiệm vụ của cả hai loại module nói trên.
Các CPU của S7 300 chỉ xử lý được các tín hiệu số, vì vậy các tín hiệu analog
đều phải được chuyển đổi thành tín hiệu số. Một tín hiệu analog được số hoá thành hai
phần: phần dấu và phần giá trị của tín hiệu.
2.3. Cấu trúc chương trình PLC S7 - 300
2.3.1. Vòng quét chương trình của S7 300
Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi xử lý. Bộ
xử lý các tín hiệu biên dịch vào và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương
trình được lưu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng quyết định hoạt
động tới các thiết bị ra.
Nguyên lý làm việc của bộ vi xử lý tiến hành theo từng bước tuần tự, đầu tiên các
thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự và được kiểm
soát bằng bộ đếm chương trình. Bộ xử lý liên kết các tín hiệu và đưa kết quả ra đầu ra.
Chu kỳ này được gọi là thời gian quét. Thời gian vòng quét phụ thuộc vào tầm vóc của
bộ nhớ, vào tốc độ của CPU.

Một điểm cần chú ý là tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra thông thường các lệnh
không làm việc trực tiếp với các cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng
trong vùng nhớ tham số. Chỉ khi gặp lệnh yêu cầu truy xuất các đầu vào/ra ngay lập

- 21-

tức thì hệ thống sẽ cho dừng các công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt để
thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với các cổng vào/ra.
Các vòng quét nhanh, chậm phụ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực
hiện, vào khối lượng dữ liệu được truyền thông … trong vòng quét đó. Thời gian vòng
quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao.
2.3.2. Cấu trúc chương trình của S7 300
Các chương trình điều khiển PLC S7 300 được viết theo một trong hai dạng sau:
 Chương trình tuyến tính (chương trình đơn khối).
 Chương trình có cấu trúc (chương trình nhảy khối).
1. Lập trình tuyến tính (liner)
Toàn bộ chương trình điều khiển nằm trong một khối trong bộ nhớ.
Loại hình cấu trúc tuyến tính
này phù hợp với những bài
toán tự động nhỏ, không phức
tạp. Khối được chọn phải là
khối OB1, là khối mà CPU
luôn quét và thực hiện các lệnh
trong nó thường xuyên, từ lệnh
đầu tiên đến lệnh cuối cùng và
quay lại từ lệnh đầu tiên.
2. Lập trình có cấu trúc (structured)
Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và
phức tạp. PLC S7-300 có 4 loại khối cơ bản:
 Khối tổ chức OB (Oganization block): Khối tổ chức và quản lý chương trình
điều khiển.
 Khối hàm chức năng FB (Function block): Là loại khối FC đặc biệt có khả
năng trao đổi một lượng dữ liệu với các khối chương trình khác.
 Khối hàm (Function): Khối chương trình với những chức năng riêng giống như
một chương trình con hoặc một hàm.

 Khối dữ liệu (Data block): Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương
trình. Các tham số khối do ta tự đặt.
Ngoài ra còn có các khối hệ thống như : SFB, SFC, SDB.
Chương trình trong các khối được liên kết lại với nhau bằng các lệnh gọi khối,
chuyển khối.

- 22-


Xem những phần chương trình trong các khối như là các chương trình con thì
S7-300 cho phép gọi chương trình con lồng nhau. Nếu số lần gọi lồng nhau mà vượt
quá con số giới hạn cho phép, PLC sẽ chuyễn sang chế độ Stop và đặt cờ báo lỗi.

Hình 2.3 Chương trình điều khiển có cấu trúc
Số lệnh gọi lồng nhau nhiều nhất cho phép phụ thuộc loại CPU
Khối OB1 luôn được PLC quét và thực hiện các lệnh từ đầu tiên đền lệnh cuối
cùng và quay lại lệnh đầu tiên.
2.3.3. Các khối chức năng
Một chương trình điều khiển của S7-300 gồm có các khối logic (logic block) và
các khối dữ liệu (data block). Các khối logic là những khối có chứa các đoạn mã, các
khối loại này gồm có:
 Khối tổ chức (Organization Block - OB).
 Khối hàm (Function Block - FB).
 Khối hàm (Function - FC).
 Khối DB (Data block).
1. Khối tổ chức (Organization Block - OB)
Các OB thực hiện việc giao tiếp giữa hệ điều hành và chương trình điều khiển.
Mỗi OB có một nhiệm vụ cụ thể khác nhau. Những công việc cơ bản mà một chương
trình yêu cầu thường là:
 Khởi động (Startup): các khối thực hiện các công việc này là OB100 và

OB101.
 Thực hiện vòng quét (Scan cycle): công việc này được thực hiện bởi OB1.
 Xử lý các lỗi: để CPU không chuyển về mode dừng (stop mode) khi có các
lỗi xuất hiện, người lập trình sử dụng các khối sau: OB80, OB87, OB121,
OB122.
- 23-


 Ngoài ra các CPU còn tích hợp các OB xử lý ngắt.
2. Khối hàm chức năng FB (Function block)
Là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu với các khối
chương trình khác. Các dữ liệu này phải được tổ chức thành khối dữ liệu riêng có tên
gọi là Data Block.
3. Khối hàm FC(Function)
Khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con
hoặc một hàm.
4. Khối dữ liệu (Data block)
Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình. Các tham số khối do
ta tự đặt. Có hai loại DB: shared DB và instance DB.
 Shared DB là khối dữ liệu có thể được truy cập bởi tất cả các khối trong
chương trình đó.
 Instance DB là khối dữ liệu được gán cho một khối hàm duy nhất, dùng để
chứa dữ liệu của khối hàm này.
Ngoài ra còn có các khối hệ thống như: SFB, SFC, SDB...
 SFC (system function): là các hàm được tích hợp trong hệ điều hành của CPU,
các hàm này có thể được gọi bởi chương trình khi cần.
2.4. Cấu trúc bộ nhớ
2.4.1. Kiểu dữ liệu
Trong một chương trình có thể có các kiểu dữ liệu sau:


BOOL: với dung lượng 1 bit và có giá trị là 0 hay 1.

BYTE: gồm 8 bit, có giá trị nguyên dương từ 0 đến 255.

WORD: gồm 2 byte, có giá trị nguyên dương từ 0 đến 65535.

INT: có dung lượng 2 byte, dùng để biểu diễn số nguyên từ -32768 đến
32767.

DINT: gồm 4 byte, biểu diễn số nguyên từ -2147463846 đến 2147483647.

REAL: gồm 4 byte, biểu diễn số thực dấu phẩy động.

S5T: khoảng thời gian, được tính theo giờ/phút/giây/miligiây.

TOD: biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây.

DATE : biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày.

CHAR: biểu diễn một hoặc nhiều ký tự (nhiều nhất là 4 ký tự).
2.4.2. Phân chia bộ nhớ
CPU S7 300 có 3 vùng nhớ cơ bản:
 Các vùng chứa chương trình ứng dụng
 OB (Organisation Block): miền chứa chương trình tổ chức.
- 24-


 FC (Function): miền chứa chương trình con.
 FB (Function Block) miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm
có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác.

Vùng chứa tham số của hệ điều hành và các chương trình ứng dụng được chia
thành 7 miền khác nhau:
 I (Process Input Image): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số.
 Q (Process Output Image): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số.
 M: Miền các biến cờ. Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu
trữ các tham số cần thiết.
 T (Timer): Miền nhớ phục vụ bộ định thời bao gồm việc lưu trữ các giá trị
thời gian đặt trước (PV-Preset Value), giá trị đếm thời gian tức thời (CVCurrent Value) cũng như giá trị logic đầu ra của bộ thời gian.
 C (Counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt
trước (PV-Preset Value), giá trị đếm tức thời (CV-Current Value) và giá trị
logic của bộ đếm.
 PI (I/O External Input): Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự.
 PQ (I/O External Output): Miền địa chỉ cổng ra của các module tương tự.
 Vùng chứa các khối dữ liệu: được chia làm hai loại.
 DB (Data block): miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối. Kích
thước cũng như số lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp với từng
bài toán điều khiển. Chương trình có thể truy cập miền này theo từng bit
(DBX), byte (DBB), từ (DBW) hoặc từ kép (DBD).
 L (Local Data block): miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình
OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biện pháp tức thời và trao đổi dữ
liệu của biến hình thức với những khối chương trình đã gọi nó. Nội dung
của một số dữ liệu trong miền này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương
ứng trong OB, FC, FB. Miền này có thể truy nhập từ chương trình theo bit
(L), byte (LB), từ (LW) hoặc từ kép (LD).
2.5. Ngôn ngữ lập trình PLC S7 - 300
Các loại PLC nói chung có nhiều loại ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối
tượng sử dụng khác nhau.PLC S7-300 có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản:
 Ngôn ngữ STL (Statement List).
 Ngôn ngữ FBD (Function Block Diagram - FBD).
 Ngôn ngữ LAD (Ladder diagram).

 Ngôn ngữ S7-GRAPH.

- 25-